[論文レビュー] Absence of event horizon in massive compact objects in infinite derivative gravity

Alexey S. Koshelev, Anupam Mazumdar|arXiv (Cornell University)|Jul 2, 2017

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、ゴーストのない高次微分理論である無限次微分重力理論において、根本的な質量ギャップスケールのおかげで、イベントホライズンがなくても質量の大きなコンパクト物体が形成可能であると提唱している。このスケールを用いることで曲率特異点を防ぎ、特異点のないホライズンのない超大質量コンパクト物体が得られ、一般相対性理論におけるブラックホール特異点の解決策を提供する。

ABSTRACT

Einstein's General theory of relativity is plagued by cosmological and blackhole type singularities Recently, it has been shown that infinite derivative, ghost free, gravity can yield non-singular cosmological and mini-blackhole solutions. In particular, the theory possesses a {\it mass-gap} determined by the scale of new physics. We will use this property to argue that it is possible to form a non-singular super-massive compact objects without having any event horizon in this class of theories.

研究の動機と目的

• アインシュタインの一般相対性理論における特異点、特にブラックホールや宇宙論に関連する根本的な問題を解決すること。
• ゴーストのない高次微分項を含む無限次微分重力理論が、質量の大きなコンパクト物体に対して特異点のない解をもたらすかどうかを調査すること。
• 理論に内蔵された質量ギャップスケールを活用して、イベントホライズンのない超大質量コンパクト物体を形成できるかを検討すること。
• ホライズンの欠如が、無限次微分重力理論の枠組みにおいて特異点の欠如と整合的であることを示すこと。

提案手法

• ゴーストやユニタリティの破れを回避する一般相対性理論の高次微分拡張である無限次微分重力理論を用いる。
• 重力相互作用の最小エネルギースケールを定める理論の内生的質量ギャップスケールを用い、曲率の発散を防ぐ。
• 理論の場の運動方程式を解析し、コンパクト物体の解が中心部でさえも正則かつ有限のまま保たれることを示す。
• 理論の非局所的構造に依存して、特異点のないホライズンのない超大質量コンパクト物体の解を構築する。
• ホライズンの欠如が、微調整や外部仮定を必要とせず、理論の構造そのものから自然に生じることを示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 無限次微分重力理論は、イベントホライズンのない質量の大きなコンパクト物体に対して特異点のない解を生み出せるか？
• RQ2 無限次微分重力理論における質量ギャップスケールは、コンパクト物体内の曲率特異点をどのように防止するか？
• RQ3 この理論におけるホライズンのない特異点のないコンパクト物体の構造的および力学的性質は何か？
• RQ4 このような解におけるホライズンの欠如は、理論の一般的な特徴であるのか、特定の境界条件に依存するのか？

主な発見

• 無限次微分重力理論は、特異点のない解を質量の大きなコンパクト物体に対して得られ、曲率特異点の必要性を排除する。
• 理論に内蔵された質量ギャップスケールのおかげで、超大質量コンパクト物体におけるイベントホライズンの形成が防止される。
• この枠組みにおけるコンパクト物体の解は中心部でも正則のままであり、中心特異点の欠如を示している。
• ホライズンの欠如は、理論の非局所的かつ高次微分的構造の直接的結果であり、便宜的な仮定ではない。